1967年，摩根（Morgan）、麥肯齊（Mekenzie）、勒皮順（LePichon）等人將海底擴張說與大陸漂移說的基本原理擴大到整個地球巖石圈，并總結(jié)提高為對巖石圈運動和演化的總體規(guī)律的認(rèn)識。這種被稱為板塊構(gòu)造的學(xué)說很快為地球科學(xué)界廣泛接受，并用來解釋雄偉山脈、巨型裂谷和深長海溝等各種地球構(gòu)造的形成和演化。然而，地殼板塊是如何形成的？在形成之前地球經(jīng)歷了怎樣的演化過程？地球演化的終極驅(qū)動力又是什么？地球為什么時而冷如雪球時而熱如煉獄？又是什么造成生物大滅絕？大陸漂移和板塊構(gòu)造假說無法系統(tǒng)地解釋這些有關(guān)地球演化的重要問題。

　　《前沿科學(xué)》2015年第2期刊登了大連理工大學(xué)巖石破裂與失穩(wěn)研究所所長、長江學(xué)者特聘教授唐春安的論文《地球大龜裂》。文章從地球作為一個熱力學(xué)系統(tǒng)的熱能轉(zhuǎn)化和變化出發(fā)，從動力學(xué)角度重新思考和解釋了超大陸形成和裂解、火山噴發(fā)與玄武巖溢流、全球變暖變冷以及生物滅絕等地球演化過程中的主要事件。唐春安認(rèn)為，地球內(nèi)部的放射性衰變熱、相變熱等產(chǎn)熱是地球演化的主要驅(qū)動力。地殼與地幔物質(zhì)在熱平衡條件下的不斷相互轉(zhuǎn)化，誘發(fā)了一系列以升溫與冷卻、膨脹與收縮、熔融與凝固為特征的地表變遷史。

　　五種熱量決定地球的溫度變化

　　唐春安認(rèn)為，如果將地球作為一個系統(tǒng)，地球演化過程主要涉及五種熱：地球形成初期的原始熱、從太陽輻射獲得的入射熱、地球?qū)ν馓蛰椛涞膿p失熱、地球內(nèi)部的放射性衰變熱、地球物質(zhì)凝固或熔融過程中產(chǎn)生的相變熱。地球的熱量變化由除地球原始熱外的四種熱量變化過程決定。而地球是宇宙空間中的一個發(fā)熱物體，它的狀態(tài)受宇宙空間的寒冷與地球的內(nèi)熱相互制約，其中最重要的控制因素就是地殼——這層為地球“保溫”的殼。

　　地殼厚度和性態(tài)并非是一成不變的。“盡管在地殼形成的初期，由于地殼的形成阻隔了地球內(nèi)部的熱量釋放，地表的熱流值大大降低，地表必然趨冷。但‘殼’的保護有利于保持地球內(nèi)部的熱量不容易擴散到外空間，使得地球內(nèi)部的溫度可以緩慢增加，進(jìn)而造成地球回暖?！碧拼喊步忉屨f，地球會從地殼形成初期的寒冷走向適宜生物演化的溫暖，再走向炎熱，直至走向熱周期的極端——地殼破裂、地震、火山噴發(fā)、熔巖溢流。極端熱事件會在極短的時間內(nèi)消耗掉地球在漫長的時間里積累起來的大量熱量，使得地球可能進(jìn)入一個新的寒冷期。地球的熱周期演化再次旋回?！暗鶕?jù)熵增加原理，只要時間足夠長，地球上的熱終將消失殆盡，最終趨于寒冷，成為一個沒有生命活力的死球。”唐春安說。

　　地殼演化的“鍋蓋”效應(yīng)

　　在地球演化的早期，即太古代的早期，地球處于液態(tài)演化階段。地球的表面只有可以隨意流淌的熔巖海。沒有陸地，沒有海洋，沒有生命?！坝捎谌蹘r流動性大，易于上下對流，也易于水平流動，有利于地球與大氣的熱交換，輻射的熱損失大。”唐春安說，在地球演化的初期，地球總體處于失熱過程?！坝钪婧涞沫h(huán)境將促使地球由外及里逐漸冷卻，地球當(dāng)初滾滾沸騰的巖熔海洋逐漸變成了呆滯黏稠的半流體，最后漸漸硬化，形成了巖石圈以及下部還未來得及凝固的軟流圈?！碧拼喊舱f，在這個過程中，零星、分散的大陸可能發(fā)生漂移、碰撞、聚合、造山，形成超大陸，并隨著地球表面的進(jìn)一步冷卻最終聚合、拼接，形成完整地殼。

　　地殼的形成使地球的熱量變化再度發(fā)生變化?！坝捎诠虘B(tài)巖石的絕熱作用，完整地殼形成后地球表面的失熱速率將大大降低，地球內(nèi)部開始進(jìn)入增溫期?！碧拼喊泊虮确秸f，這就像給逐漸冷卻的火鍋蓋上了鍋蓋。

　　隨著地球內(nèi)部放射性衰變產(chǎn)熱的增加，地球內(nèi)部的熱量逐漸積累，溫度逐漸增加，導(dǎo)致地殼膨脹、殼—幔邊界熔融并擴容，從而誘發(fā)地殼破裂。唐春安認(rèn)為，地球表面熔巖的凝固、裂解使地球內(nèi)部溫度產(chǎn)生周期性變化，驅(qū)動著地殼膨脹、收縮，產(chǎn)生裂解、漂移、碰撞和停滯。

　　唐春安是研究龜裂現(xiàn)象的專家。他認(rèn)為，龜裂不僅符合能量最小、路徑最短的力學(xué)原理，而且具有跨尺度特征。他說，人們通常所見的小尺度龜裂現(xiàn)象，完全有可能在地球演化的歷史長河中發(fā)生。只要地球熱膨脹達(dá)到一定程度，就有可能發(fā)生全球尺度的地球大龜裂事件。唐春安比擬說，就像高壓鍋達(dá)到臨界閾值，當(dāng)?shù)厍騼?nèi)部的溫度積累達(dá)到臨界條件，巖石圈尺度的大量裂紋將會集中在某個時段大范圍擴展，形成地球大龜裂。

　　這勢必造成全球尺度的地幔降壓熔融和玄武巖溢流事件。而降壓熔融在物理上是一個吸熱過程。因此，這種大尺度的“破裂—降壓熔融—吸熱”的地幔降溫事件，也可能是導(dǎo)致冰河期的根本原因。“如果這一結(jié)論正確，就可以很好地解釋為什么在低海拔、低緯度的海螺溝會產(chǎn)生如此規(guī)模的現(xiàn)代冰川?！碧拼喊舱J(rèn)為，它可能與峨眉山玄武巖溢流事件中的劇烈失熱相關(guān)。

　　全球溫度周期與生物滅絕

　　近年來，許多地質(zhì)學(xué)家都將全球變暖的原因歸咎于人類活動產(chǎn)生的二氧化碳等溫室氣體。唐春安并不這樣認(rèn)為?！啊犊茖W(xué)》雜志發(fā)表的全球多個采樣點500年來全球溫度變化的樣品分析數(shù)據(jù)表明，早在工業(yè)革命以前，全球氣溫就已經(jīng)從小冰期返回并不斷上升。也就是說，全球變暖，除了工業(yè)‘溫室效應(yīng)’這個原因之外，更為重要的原因則是自然背景的地球內(nèi)部的熱量積累。”

　　在地殼形成之初，地球的表面因熱流值的減小而逐漸進(jìn)入寒冷期。“地殼阻隔了地球內(nèi)外的熱量交換，短時間內(nèi)地表的熱流值減小。”唐春安認(rèn)為，地殼隔熱效應(yīng)和地球溫度的周期性變化是全球變冷、全球變暖的主因?！暗厍騼?nèi)部的熱量積累，波及到地表，就是人們所感受到的全球氣候變暖。”唐春安舉例說，2.5億年前的地球致命高溫導(dǎo)致海洋表面溫度高達(dá)40攝氏度。它產(chǎn)生的原因不是太陽輻射熱量的作用，而是地球內(nèi)部的溫度積累波及到地表。

　　基于地球熱量變化的地球演化溫度周期模型還能解釋歷史上的生物大滅絕?！霸谏锏难莼M(jìn)程與溫度的周期之間應(yīng)該存在密切的聯(lián)系?！碧拼喊步忉屨f，地球溫度的高低對不同物種的存在和演化有重要影響。在高溫環(huán)境中，喜冷生物難以生存。在低溫環(huán)境中，喜熱生物也不可能順利存活。唐春安強調(diào)說：“地球大龜裂則是生物大滅絕的真正罪魁禍?zhǔn)?。?/p>

　　早在2000年，我國學(xué)者金玉玕等就在《科學(xué)》雜志撰文，認(rèn)為大規(guī)模巖漿噴涌活動是2.5億年前“二疊紀(jì)末大滅絕”的元兇?！安荒芘懦E石撞擊造成生物大滅絕的可能，但即使有，顯然它也只能是個案。”唐春安說，“如果根據(jù)地球熱量變化得到的地球演化溫度周期模型正確，那么不僅可以推定生物滅絕事件與大型巖漿活動有關(guān)，而且可以推定生物的演化進(jìn)程與溫度的周期之間的聯(lián)系。”